DE3502907C2 - Verfahren zur Rückgewinnung von hochreinen Seltenen Erdoxiden aus einem Seltene Erd-Leuchtstoff-Abfallmaterial - Google Patents
Verfahren zur Rückgewinnung von hochreinen Seltenen Erdoxiden aus einem Seltene Erd-Leuchtstoff-AbfallmaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von hochreinen Seltenen
Erdoxiden aus einem Seltenen Erd-Leuchtstoffabfall, bei dem man diesen Leucht
stoffabfall in einer überschüssigen Menge einer starken Säure auflöst, dann filtriert
und anschließend die Lösung bei einer Temperatur von mindestens 70°C mit
Oxalsäure in einer Menge versetzt, die das 0,3- bis 1,8fache der theoretischen
Menge zur Fällung der Seltenen Erdoxalate ausmacht, die Fällung reinigt und
schließlich zu den Seltenen Erdoxiden kalziniert.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der US-PS-3,506,585. Bei dem bekannten
Verfahren wird als Ausgangsmaterial ein Oxid-Leuchtstoff verwendet, wobei das
Leuchtstoffmaterial keinerlei Fe und/oder Ca enthält.
Als rot-emittierende Leuchtstoffe für CPT (Farbbild
röhren) oder CDT (Farbanzeigeröhren) werden Leuchtstoffe
auf der Basis Seltener Erden, wie Y₂O₂S : Eu in weitem Um
fang eingesetzt. Diese Leuchtstoffe enthalten teure
Seltene Erdelemente, wie Y, Eu, Sm und Tb, als Hauptkom
ponenten. Sie sind somit im Vergleich mit gewöhnlichen
Sulfid-Leuchtstoffen, wie einem blau-emittierenden
Leuchtstoff ZnS : Ag oder einem grün-emittierenden Leucht
stoff Zns : Cu,Au,Al, wesentlich teurer. Während der Her
stellung dieser Leuchtstoffe kann es vorkommen, daß man
gelhafte Produkte erhalten werden, welche die Standard
anforderungen nicht erfüllen. Es kann ferner vorkommen,
daß bei der wiederholten Verwendung derartiger Leucht
stoffe im Zuge ihres Vermischens mit Bindemitteln zur
Bildung von Beschichtungslösungen, die bei der Herstel
lung von Kathodenstrahlröhren angewendet werden, Verun
reinigungen oder Fremdmaterialien hineingelangen,was zu
mangelhaften Produkten führt. Bisher hat man derartige
Seltene Erd-Leuchtstoffe, die die Standardanforderungen
nicht erfüllen, oder Leuchtstoff-Beschichtungslösungen
mit einem Gehalt an diesen mangelhaften Produkten (im
folgenden allgemein als "Seltene Erd-Leuchtstoffabfälle"
bezeichnet) verworfen. Falls die oben erwähnten Seltenen
Erd-Leuchtstoffe für CPT oder CDT eingesetzt werden,
wird üblicherweise eine sehr kleine Menge Eisenoxid
(rotes Eisenoxid) als Rot-Pigment zur Verbesserung der
Bildqualität einverleibt. Ferner ist es üblich, diese
Leuchtstoffe zusammen mit einem Sulfid-Leuchtstoff, wie
ZnS : Ag, einzusetzen. Die Seltenen Erd-Leuchtstoffabfälle
sind somit nicht allein mit Verunreinigungen, wie Fe,
Zn, Ca oder Al, kontaminiert, sondern enthalten im allge
meinen auch Fremdmaterialien, wie Metallfragmente, an
organische Pigmente oder organische Substanzen. Bisher
stand kein wirtschaftlich brauchbares Verfahren für die
Rückgewinnung und Reinigung von Seltenen Erd-Komponenten
aus derartigen Seltenen Erd-Leuchtstoffabfällen zur Ver
fügung.
Wie bereits erwähnt, sind Seltene Erd-Leuchtstoffe teuer.
Unter dem Gesichtspunkt der Einsparung von Rohstoff
quellen sowie aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten wäre
eine Rückgewinnung und Wiederverwendung der Leuchtstoffe
als hochreine Seltene Erdmaterialien in hohem Maße er
wünscht.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirtschaftlich vorteilhaftes, d. h.
einfaches Verfahren vorzuschlagen, mit dem die Rückgewinnung von Seltenen
Erdkomponenten in hoher Reinheit aus einem zumindest Fe und/oder Ca enthalten
den Seltenen Erd-Leuchtstoffabfall gelingt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 angegebene
Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man bei dem eingangs
erwähnten Verfahren zur Rückgewinnung von hochreinen Seltenen Erdoxiden als
Leuchtstoffabfall einen zumindest Fe und/oder Ca als Verunreinigungen ent
haltenden Seltenen Erdoxysulfid-Leuchtstoffabfall auflöst, wozu als starke Säure
entweder Chlorwasserstoffsäure in Verbindung mit Wasserstoffperoxid oder
Salpetersäure verwendet wird und die Reinigung durchführt, indem man die Fällung
mit warmem Wasser einer Temperatur von mindestens 50°C wäscht.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
In der Fig. 1 sind die Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt.
Repräsentative Seltene Erd-Leuchtstoffabfälle, auf die das Verfahren der vorliegenden
Erfindung angewandt werden kann, haben die in Tabelle 1 angegebenen Zusam
mensetzungen.
In der obigen Tabelle bedeutet "Gesamt-RE" eine Gesamt
menge aller Seltenen Erdverbindungen einschließlich Ele
mente, wie Y, Eu, Tb, Sm und dergl., berechnet als
RE₂O₂S, z. B. Y₂O₂S. Der Grund dafür, daß die Gesamtmenge
100% nicht erreicht, ist darin zu sehen, daß Fremdmate
rialien, wie Sand, Abfallfragmente, Eisenrost, Metall
fragmente, Aluminiumfolienstücke und organische Substan
zen, enthalten sind. Aus den in Tabelle 1 angegebenen
Zusammensetzungen wird deutlich, daß das typische Seltene
Erd-Leuchtstoff-Abfallmaterial (auf das das erfindungs
gemäße Verfahren angewendet werden kann) einen Gesamtge
halt an Seltenen Erdverbindungen "Gesamt-RE" von minde
stens 80 Gew.-%, einen Fe-Gehalt von mindestens 500 TpM
und einen Ca-Gehalt von mindestens 10,0 TpM aufweisen
kann. Derartige Abfälle von Seltenen Erd-Leuchtstoffen
können gemäß der in Fig. 1 dargestellten Folge von Ver
fahrensstufen behandelt werden.
In der ersten Stufe, mit "Einwaage" bezeichnet, wird der
Seltene Erd-Leuchtstoffabfall zunächst analysiert, um
seine Zusammensetzung, wie sie in Tabelle 1 angegeben
ist, festzustellen. Anschließend wird reines Wasser in
einer Menge des 7,0- bis 8,0fachen des Gewichts der pul
verförmigen Probe bereitgestellt, Chlorwasserstoffsäure
(HCl) wird in einer Menge vom 1,2- bis 1,7fachen, vor
zugsweise dem 1,5fachen, der theoretisch erforderlichen
Menge von 6 Mol HCl gemäß folgender Reaktionsformel be
reitgestellt und Wasserstoffperoxid (H₂O₂) wird in einer
Menge von 2- bis 7fachen, vorzugsweise 5fachen, der
theoretisch erforderlichen Menge von 1 Mol H₂O₂ bereit
gestellt.
RE₂O₂S + 6 HCl + H₂O₂ → 2 RECl₃ + 4 H₂O + S
In der nächsten Stufe, die mit "Auflösung" bezeichnet
ist, werden zunächst reines Wasser und Chlorwasserstoff
säure zugesetzt. Dann wird Wasserstoffperoxid zugegeben.
Es kann auch zunächst nach der Zugabe von reinem Wasser
Wasserstoffperoxid zugesetzt werden, gefolgt von der Zu
gabe der Chlorwasserstoffsäure. Man kann auch nach der
Zugabe des reinen Wassers Chlorwasserstoffsäure und Was
serstoffperoxid alternierend in kleinen Portionen zu
setzen. Diese Verfahrensstufe ist besonders wichtig, um
eine vollständige Auflösung der Seltenen Erd-Leuchtstoff
abfälle zu erreichen, speziell, wenn es sich bei dem Sel
tenen Erd-Leuchtstoffabfall um ein Oxysulfid handelt. In
dieser Auflösungsstufe kann die Reaktionslösung ferner
zur Erleichterung der Umsetzung erhitzt werden.
Statt auf die oben beschriebene Weise der Auflösung mit
tels Chlorwasserstoffsäure und Wasserstoffperoxid, kann
die Auflösungsstufe auch durchgeführt werden mittels ei
ner anderen starken Säure, wie Salpetersäure, welche in
der Lage ist, den Seltenen Erd-Leuchtstoffabfall aufzu
lösen.
Im Falle der Salpetersäure kann beispielsweise die fol
gende Umsetzung genutzt werden:
RE₂O₂S + 8 HNO₃ → 2 RE(NO₃)₃ + 4 H₂O + S + 2 NO₂.
In diesem Falle wird die Salpetersäure vorzugsweise in
einer Menge vom 1,5- bis 3,0fachen der theoretischen
Menge gemäß der obigen Reaktionsformel eingesetzt.
Bei der Auflösungsstufe kann man ferner eine Mischung
von zwei oder mehreren verschiedenen Säuren, z. B.
eine Kombination von Chlorwasserstoffsäure und Salpeter
säure, einsetzen.
Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte deutlich gewor
den sein, daß ein Merkmal der vorliegenden Erfindung dar
in besteht, die starke Säure mit der Fähigkeit zur Auf
lösung des Seltenen Erd-Leuchtstoffabfalls in einer Menge
zuzusetzen, welche die aufgrund der Reaktionsgleichung
bestimmte, theoretische Menge übersteigt.
Nach Beendigung der Umsetzung wird die Reaktionslösung
abgekühlt und dann unter vermindertem Druck filtriert,
z. B. mittels eines Nutsche-Trichters. Auf diese Weise
werden unlösliche Komponenten entfernt.
In der nachfolgenden zweiten Einwaagestufe wird reines
Wasser tropfenweise zu der erhaltenen, klaren Lösung
(d. h. dem Filtrat) gegeben. Vorzugsweise wird die
Konzentration der Seltenen Erdionen auf ein Niveau von
0,5 ± 0,1 g.Ion/l gebracht. Diese Konzentration ist be
sonders wichtig, und zwar deshalb, weil die oben erwähn
te Lösung auf eine Konzentration innerhalb des genannten
Bereichs eingestellt werden sollte, um Seltene Erdoxide
zu erhalten, deren Fe-Gehalt nicht höher ist als 5 TpM
und deren Ca-Gehalt nicht höher ist als 10 TpM. Der ge
nannte Konzentrationsbereich gewährleistet ferner eine
gute Ausbeute und Effizienz des Verfahrens.
Gemäß einem speziellen Beispiel wird 1 kg der Probe 2
mit einem Gesamt-RE von 94,7 Gew.-% eingesetzt. Reines
Wasser wird eingewogen und zugegeben, wobei 1 kg der Pro
be auf ein Volumen von 14,3 l gebracht wird.
In der nächsten Stufe der Ausbildung von Oxalaten wird
die folgende Reaktion genutzt.
2 RECl₃ + 3 H₂C₂O₄ → RE₂(C₂O₄)₃ + 6 HCl
In diesem Fall sind theoretisch 3 Mol H₂C₂O₄ erforder
lich für 2 Mol RECl₃, und zwar gemäß der obigen Reak
tionsgleichung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wer
den jedoch besonders gute Ergebnisse erhalten, falls man
das H₂C₂O₄ in einer Menge vom 0,3- bis 1,8fachen, vor
zugsweise vom 0,5- bis 1,5fachen, der theoretischen Menge
einsetzt. Falls die Menge außerhalb des genannten Be
reichs liegt, nimmt die Wirksamkeit der Rückgewinnung
von Seltenen Erdkomponenten ab. Ferner übersteigt die
Konzentrationen der Fe- und Ca-Verunreinigungen 5 TpM
bzw. 10 TpM, was unerwünscht ist. In dem speziellen Fall
werden beispielsweise, relativ zu den 14,3 l der Lösung,
27,8 l einer Lösung mit einem Gehalt an 0,5 Mol/l analy
senreiner (high grade) Oxalsäure eingewogen und zuge
setzt. Zum Zeitpunkt der Zugabe ist es erforderlich, daß
die Lösung erhitzt und gerührt wird, und zwar bei einer
Temperatur von mindestens 70°C, vorzugsweise mindestens
80°C. Falls die Temperatur niedriger als 70°C ist, be
steht die Gefahr, daß die Entfernung von Fe, Zn und Ca
nicht in ausreichendem Maße durchgeführt werden kann.
Falls das Rühren nach Beendigung der Zugabe der Oxalsäu
re weitere 15 bis 20 Minuten durchgeführt wird, kann ei
ne vollständige Umsetzung zur Ausfällung der Seltenen
Erdoxalate noch besser gewährleistet werden.
Anschließend wird das Reaktionssystem stehengelassen. Da
bei läuft die Ausfällungsreaktion vollständig ab, und es
wird eine klare, überstehende Lösung erhalten. Danach
wird eine Verfahrensstufe der Oxalatwäsche durchgeführt.
Die Wäsche wird mit warmem, reinem Wasser mit einer Tem
peratur von mindestens 50°C, vorzugsweise mindestens
80°C, durchgeführt, und zwar in einer Menge von minde
stens dem 1,5fachen des Volumens der Präzipitatauf
schlämmung. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind die
genannten Bedingungen besonders wichtig, um eine Adsorp
tion von Fe oder anderen Verunreinigungs-Ionen zu ver
meiden.
Einige Beispiele, welche die Effekte der Ausfäl
lungstemperatur in der obigen Oxalatbildungsstufe sowie
die Effekte der Waschtemperatur bei der oben erwähnten
Oxalatwäsche erläutern, sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Diese Werte wurden erhalten, indem man als Seltenen Erd-
Leuchtstoffabfall die in Tabelle 1 angegebene Probe 1
mit einem Gehalt großer Mengen an Fe und Ca einsetzte.
Nach dem Waschen wird das Wasser unter vermindertem
Druck entfernt, z. B. mittels eines Nutsche-Trichters.
Anschließend werden die erhaltenen Präzipitate in einen
Tiegel gegeben und an der Luft bei einer Temperatur von
z. B. 1000°C während 1 Stunde auf herkömmliche Weise ge
backen. Auf diese Weise erhält man Seltene Erdoxide,
wie Y₂O₃. Das auf diese Weise erhaltene Seltene Erdoxid
ist äußerst rein mit Ca unter 10 TpM und Fe unter 5 TpM.
Ferner kann beispielsweise das auf diese Weise erhalte
ne Y₂O₃ als Ausgangsmaterial eingesetzt werden und hin
sichtlich der Eu-, Tb- und Sm-Konzentrationen einge
stellt werden, um einen Y₂O₂S:Eu-Leuchtstoff auf her
kömmliche Weide zu erhalten. Gegebenenfalls kann der
Leuchtstoff mit rotem Eisenoxid beschichtet werden, um
die für CPT oder CDT erforderlichen Leuchtstoff-Eigen
schaften zu erlangen, z. B. hinsichtlich Leuchtkraft und
Korngröße. Man kann somit Leuchtstoff-Eigenschaften er
halten, die für praktische Anwendungen geeignet sind.
Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, daß das Verfahren
der vorliegenden Erfindung nicht nur auf den Y₂O₂S:Eu-
Abfall-Leuchtstoff anwendbar ist, sondern auch auf an
dere Seltene Erdoxysulfid-Abfall-Leuchtstoffe wie
Abfall-Leuchtstoffe, die hauptsächlich zusammengesetzt
sind aus La₂O₂S oder Gd₂O₂S.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in gleicher Weise an
wendbar auf Abfall-Leuchtstoffe, die sich von den obigen
Oxysulfid-Abfall-Leuchtstoffen unterscheiden, z. B. Ab
fall-Leuchtstoffe, die auf Seltenen Erdoxiden basieren,
wie Y₂O₃, La₂O₃ und Gd₂O₃.
Die von den Erfindern durchgeführten Experimente haben
ferner bestätigt, daß im Falle eines Seltenen Erd-
Leuchtstoffabfalls, der keine Ca- und Zn-Verbindungen
enthält, es selbst bei einem Gesamt-RE von 40 Gew.-% mög
lich ist, den Fe-Gehalt durch Anwendung des obigen Ver
fahrens auf unter 5 TpM zu bringen. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist somit auch in einem solchen Fall äußerst
brauchbar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen
näher erläutert.
In eine Porzellan-Abdampfschale (effektives Volumen:
5000 ml) gibt man 350 g des in Tabelle 1 als Probe 1
identifizierten Abfall-Leuchtstoffs. Ferner werden
2450 g reines Wasser und 956 g konz. Chlorwasserstoffsäure
(spezifisches Gewicht: 1,180) zugegeben. Anschließend
gibt man 621 g einer Wasserstoffperoxid-Lösung (spez. Ge
wicht: 1,1327) zu. Nach Beendigung der Reaktion wird der
Rückstand abfiltriert. Nachdem die gesamte Menge fil
triert wurde, wird reines Wasser zu dem Filtrat gegeben,
um das Gesamtvolumen auf 5000 ml zu bringen. Die gesam
ten 5000 ml dieser Lösung werden in einen 20 l Becher
placiert. Die Lösung wird auf 80°C erhitzt und es wer
den 9,22 l einer Oxalsäurelösung (0,5 Mol/l) zugesetzt.
Nach der Bildung der Oxalate werden die Oxalate ausge
fällt und die überstehende Lösung wird entfernt. Die
auf diese Weise erhaltenen, konzentrierten Oxalate ma
chen etwa 2 l aus. Man gibt heißes, reines Wasser zu und
bringt das Gesamtvolumen auf 10 l. Dann werden die Oxala
te durch Hochgeschwindigkeitsrühren gewaschen. Während
dieses Waschverfahren wird die Temperatur der Lösung bei
einem Niveau von mindestens 80°C gehalten. Die Rührzeit
beträgt 20 min. Das Waschverfahren wird 6 Mal wiederholt.
Nach dem Waschen wird das System stehengelassen, wobei
die Oxalate ausfallen. Die erhaltenen Präzipitate werden
mittels eines Nutsche-Trichters vom Wasser befreit. Auf
diese Weise erhält man die Seltenen Erdoxalate. Die Oxa
late werden in einen Quarztiegel überführt und 1 h bei
1000°C gebacken. Die dabei erhaltenen Seltenen Erdoxide
haben einen Fe-Gehalt von 1,1 TpM und einen Ca-Gehalt
von 2,1 TpM.
In eine Porzellan-Abdampfschale (effektives Volumen:
5000 ml) gibt man 350 g des in Tabelle 1 als Probe 2
identifizierten Abfall-Leuchtstoffs. 2450 g reines Was
ser und 1170 g konz. Chlorwasserstoffsäurelösung (spez.
Gewicht: 1,180) werden zugesetzt. Anschließend gibt man
262 g einer Wasserstoffperoxid-Lösung (spez. Gewicht:
1,1327) zu. Nach Beendigung der Reaktion wird der Rück
stand abfiltriert. Nachdem die gesamte Menge filtriert
wurde, wird reines Wasser zu dem Filtrat zugesetzt, wobei
das Gesamtvolumen auf 5000 ml gebracht wird. Die gesam
ten 5000 ml dieser Lösung werden in einen 20 l Becher
gegeben. Die Lösung wird auf 80°C erhitzt und es werden
9,72 l einer Oxalsäurelösung (0,5 Mol/l) zugesetzt. Nach
der Bildung der Oxalate werden die Oxalate präzipitiert
und die überstehende Lösung wird entfernt. Die konzen
trierten Oxalate, die auf diese Weise erhalten werden,
machen etwa 2 l aus. Es wird heißes, reines Wasser zuge
geben, um das Gesamtvolumen auf 10 l zu bringen. Dann
werden die Oxalate gewaschen, wobei mit hoher Geschwin
digkeit gerührt wird. Während dieses Waschverfahrens wird
die Temperatur der Lösung bei einem Niveau von minde
stens 80°C gehalten. Die Rührzeit beträgt 20 min. Das
Waschverfahren wird 6 Mal wiederholt. Nach dem Waschen
wird das System stehengelassen, wobei die Oxalate aus
fallen. Die erhaltenen Präzipitate werden mittels eines
Nutsche-Trichters vom Wasser befreit, wobei die Seltenen
Erdoxalate erhalten werden. Die Oxalate werden in einen
Quarztiegel überführt und 1 h bei 1000°C gebacken. Die
dabei erhaltenen Seltenen Erdoxide hatten einen Fe-Ge
halt von 0,7 TpM und einen Ca-Gehalt von 1,4 TpM.
In eine Porzellan-Abdampfschale (effektives Volumen:
5000 ml) gibt man 350 g des in Tabelle 1 als Probe 3
identifizierten Abfall-Leuchtstoffs. 2800 g reines Wasser
und 1100 g konz. Chlorwasserstoffsäurelösung (spez. Ge
wicht: 1,180) werden zugegeben. Dann setzt man 400 g
einer Wasserstoffperoxid-Lösung (spez. Gewicht: 1,1327)
zu. Nach Beendigung der Reaktion wird der Rückstand ab
filtriert. Nachdem die gesamte Menge filtriert wurde,
gibt man reines Wasser zu dem Filtrat, um das Gesamt
volumen auf 5000 ml zu bringen. Die gesamten 5000 ml
dieser Lösung werden in einen 20 l Becher placiert. Die
Lösung wird auf 80°C erhitzt und mit 9,88 l einer Oxal
säurelösung (0,5 Mol/l) versetzt. Nach der Bildung der
Oxalate werden die Oxalate gefällt und die überstehende
Lösung entfernt. Die konzentrierten Oxalate, die auf die
se Weise erhalten werden, machen etwa 2 l aus. Es wird
heißes, reines Wasser zugesetzt, um das Gesamtvolumen
auf 10 l zu bringen. Anschließend werden die Oxalate ge
waschen, wobei mit hoher Geschwindigkeit gerührt wird.
Während dieses Waschverfahrens wird die Temperatur der
Lösung bei einem Niveau von mindestens 80°C gehalten.
Die Rührzeit beträgt 20 min. Das Waschverfahren wird
6 Mal wiederholt. Nach dem Waschen wird das System ste
hengelassen, wobei die Oxalate präzipitieren. Die Präzi
pitate werden mittels eines Nutsche-Trichters vom Wasser
befreit. Auf diese Weise werden die Seltenen Erdoxalate
erhalten. Die Oxalate werden in einen Quarztiegel über
führt und 1 h bei 1000°C gebacken. Die dabei erhaltenen
Seltenen Erdoxide hatten einen Fe-Gehalt von 0,2 TpM
und einen Ca-Gehalt von 0,2 TpM.
In ein Quarzgefäß gibt man 500 g (einschließlich Was
ser) des in Tabelle 1 als Probe Nr. 4 identifizierten
Abfall-Leuchtstoffs. Das Ganze wird 1 h in einem elek
trischen Ofen bei 500°C gebacken. Nach dem Abkühlen wird
die gebackene Probe grob pulverisiert und zur Entfer
nung von Aluminiumfolien und anderen Fremdmaterialien
gesiebt. Man erhält auf diese Weise ein Abfall-Leucht
stoff-Pulver. In eine Porzellan-Abdampfschale (effekti
ves Volumen: 5000 ml) gibt man 350 g des erhaltenen Ab
fall-Leuchtstoff-Pulvers. Ferner werden 2800 g reines
Wasser und 1170 g einer konz. Chlorwasserstoffsäurelösung
(spezifisches Gewicht: 1,180) zugesetzt. Dann gibt man
262 g einer Wasserstoffperoxid-Lösung (spezifisches Ge
wicht: 1,1327) zu. Nach Beendigung der Reaktion wird
der Rückstand abfiltriert. Nachdem die gesamte Menge fil
triert wurde, wird reines Wasser zu dem Filtrat gegeben,
um das Gesamtvolumen auf 5000 ml zu bringen. Die gesam
ten 5000 ml dieser Lösung werden in einen 20 l Becher
gegeben. Die Lösung wird auf 80°C erhitzt und mit 9,72 l
einer Oxalsäurelösung (0,5 Mol/l) versetzt. Nach der Bil
dung der Oxalate werden die Oxalate präzipitiert und die
überstehende Lösung entfernt. Die konzentrierten Oxalate,
die auf diese Weise erhalten werden, machen etwa 2 l aus.
Heißes, reines Wasser wird zugesetzt, um das Gesamtvolu
men auf 10 l zu bringen. Anschließend werden die Oxalate
gewaschen, wobei mit hoher Geschwindigkeit gerührt wird.
Während dieses Waschverfahrens wird die Temperatur der
Lösung bei einem Niveau von mindestens 80°C gehalten. Die
Rührzeit beträgt 20 min. Das Waschverfahren wird 6 Mal
wiederholt. Nach dem Waschen wird das System stehengelas
sen, wobei die Oxalate ausfallen. Die Präzipitate werden
mittels eines Nutsche-Trichters vom Wasser befreit, wobei
die Seltenen Erdoxalate erhalten werden. Die Oxalate wer
den in einen Quarztiegel überführt und 1 h bei 1000°C
gebacken. Die erhaltenen Seltenen Erdoxide hatten einen
Fe-Gehalt von 3,2 TpM und einen Ca-Gehalt von 0,1 TpM.
Falls man Wasser mit Zimmertemperatur zum Waschen der
Oxalate verwendet, beträgt der Fe-Gehalt in den erhalte
nen Seltenen Erdoxiden 9,5 TpM.
In eine Porzellan-Abdampfschale (effektives Volumen:
5000 ml) gibt man 350 g des in Tabelle 1 als Probe Nr. 5
identifizierten Abfall-Leuchtstoffs. Es werden 2800 g
reines Wasser und 1050 g einer konzentrierten Chlorwas
serstoffsäure-Lösung (spezifisches Gewicht: 1,180) zuge
geben. Dazu gibt man 588 g einer Wasserstoffperoxid-
Lösung (spezifisches Gewicht: 1,1327). Nach Beendigung
der Reaktion wird der Rückstand abfiltriert. Nachdem
die gesamte Menge filtriert wurde, wird reines Wasser
zu dem Filtrat gegeben, um das Gesamtvolumen auf 5000 ml
zu bringen. Die gesamten 5000 ml dieser Lösung werden in
einen 20 l Becher gegeben. Die Lösung wird auf 80°C er
hitzt und mit 8,72 g einer Oxalsäurelösung (0,5 Mol/l)
versetzt. Nach der Bildung der Oxalate werden die Oxala
te präzipitiert und die überstehende Lösung entfernt. Die
auf diese Weise erhaltenen, konzentrierten Oxalate ma
chen etwa 2 l aus. Heißes, reines Wasser wird zugesetzt,
um das Gesamtvolumen auf 10 l zu bringen. Anschließend
werden die Oxalate gewaschen, wobei mit hoher Geschwin
digkeit gerührt wird. Während dieses Waschverfahrens wird
die Temperatur dem Lösung bei einem Niveau von minde
stens 80°C gehalten. Die Rührzeit beträgt 20 min. Das
Waschverfahren wird 6 Mal wiederholt. Nach dem Waschen
wird das System stehengelassen, wobei die Oxalate aus
fallen. Die Präzipitate werden mittels eines Nutsche-
Trichters vom Wasser befreit, wobei die Seltenen Erd
oxalate erhalten werden. Die Oxalate werden in einen
Quarztiegel überführt und 1 h bei 1000°C gebacken. Die
erhaltenen Seltenen Erdoxide hatten einen Fe-Gehalt von
3,1 TpM und einen Ca-Gehalt von 2,0 TpM.
Falls man Wasser mit Zimmertemperatur zum Waschen der
Oxalate verwendet, beträgt der Fe-Gehalt in den erhal
tenen Seltenen Erdoxiden 8,0 TpM und der Ca-Gehalt
10 TpM.
In eine Porzellan-Abdampfschale (effektives Volumen:
5000 ml) gibt man 350 g des gleichen Abfall-Leuchtstoffs,
wie er in Beispiel 2 verwendet wurde (d. h. Probe 2 ge
mäß Tabelle 1). Es werden 2800 g reines Wasser und 1940 g
einer konzentrierten Salpetersäurelösung (spezifisches
Gewicht: 1,420) zugegeben. Die Lösung wird erhitzt, um
die Umsetzung zu erleichtern. Während des Erhitzens wird
der Wasserpegel sorgfältig beobachtet und durch Zugabe
von reinem Wasser eingestellt. Nach Beendigung der Umset
zung läßt man das System abkühlen und filtriert den Rück
stand ab. Nach der Filtration der gesamten Menge wird
das Filtrat mit reinem Wasser versetzt, um das Gesamtvo
lumen auf 5000 ml zu bringen. Anschließend erhält man ge
mäß Beispiel 2 die Oxalate und daraufhin die Seltenen
Erdoxide. Die auf diese Weise erhaltenen Seltenen Erd
oxide hatten einen Fe-Gehalt von 0,2 TpM und einen Ca-
Gehalt von 0,2 TpM.
In eine Porzellan-Abdampfschale (effektives Volumen:
5000 ml) gibt man 350 g des gleichen Abfall-Leuchtstoffs,
wie er in Beispiel 5 verwendet wurde (d. h. Probe 5 ge
mäß Tabelle 1). Es werden 2800 g reines Wasser und
1745 g einer konzentrierten Salpetersäurelösung (spezi
fisches Gewicht: 1,420) zugegeben. Die Lösung wird er
hitzt, um die Umsetzung zu erleichtern. Während des Er
hitzens wird der Wasserpegel sorgfältig beobachtet und
durch Zugabe von reinem Wasser eingestellt. Nach Beendi
gung der Umsetzung läßt man das System abkühlen und fil
triert den Rückstand ab. Nach Filtration der gesamten
Menge wird das Filtrat mit reinem Wasser versetzt, um
das Gesamtvolumen auf 5000 ml zu bringen. Anschließend
erhält man gemäß Beispiel 5 die Oxalate und daraufhin
die Seltenen Erdoxide. Die auf diese Weise erhaltenen
Seltenen Erdoxide hatten einen Fe-Gehalt von 0,2 TpM und
einen Ca-Gehalt von 1,0 TpM.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist es möglich, teure
Seltene Erdkomponenten als Ausgangsmaterialien für Leucht
stoffe für CPT oder CDT wiederzuverwenden, ohne einen
wesentlichen Verlust der teuren Seltenen Erdkomponenten
in Kauf nehmen zu müssen. Ferner kann die Entfernung von
Verunreinigungen in einer einzigen Verfahrensstufe durch
geführt werden. Die Rückgewinnungsverfahrensstufe kann
somit vereinfacht werden.
Darüber hinaus kann man im Falle eines Abfallmaterials
von Seltenen Erd-Leuchtstoffen, das äußerst große Mengen
an Verunreinigungen enthält, die Behandlungsstufe des
erfindungsgemäßen Verfahrens wiederholt anwenden, um den
Gehalt an Verunreinigungen auf ein ausreichend niedriges
Niveau zu bringen, bevor das erfindungsgemäße Verfahren
zur Anwendung gelangt. Die vorliegende Erfindung ist so
mit äußerst brauchbar für die praktische Anwendung.
Claims (4)
1. Verfahren zur Rückgewinnung von hochreinen Seltenen Erdoxiden aus einem
Seltenen Erd-Leuchtstoffabfall, bei dem man diesen Leuchtstoffabfall in einer
überschüssigen Menge einer starken Säure auflöst, dann filtriert und anschließend
die Lösung bei einer Temperatur von mindestens 70°C mit Oxalsäure in einer Menge
versetzt, die das 0,3- bis 1,8fache der theoretischen Menge zur Fällung der Seltenen
Erdoxalate ausmacht, die Fällung reinigt und schließlich zu den Seltenen Erdoxiden
kalziniert,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Leuchtstoffabfall einen zumindest Fe
und/oder Ca als Verunreinigungen enthaltenden Seltenen Erdoxysulfid-Leuchtstoff
abfall auflöst, wozu als starke Säure entweder Chlorwasserstoffsäure in Verbindung
mit Wasserstoffperoxid oder Salpetersäure verwendet wird und die Reinigung durch
geführt wird, indem man die Fällung mit warmem Wasser einer Temperatur von
mindestens 50°C wäscht.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge
aller Seltenen Erdverbindungen, die in dem Seltenen Erdoxysulfid-Leuchtstoffabfall
enthalten sind, mindestens 80 Gew.-% ausmacht, ausgedrückt als RE₂O₂S.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge an
Chlorwasserstoffsäure vom 1,2- bis 1,7fachen der theoretisch erforderlichen Menge
und eine Menge an H₂O₂ vom 2- bis 7fachen der theoretisch erforderlichen Menge
zum Auflösen verwendet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge an
Salpetersäure vom 1,5- bis 3,0fachen der theoretisch erforderlichen Menge zum
Auflösen verwendet wird.
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